近日，辰山植物园杨蕾、郝洁研究员领导的团队在New Phytologist发表了题为“Cross-stage single-cell and spatial metabolome analyses reveal periderm specialization and tanshinone biosynthesis inSalvia miltiorrhizaroots”的研究工作。该研究以多年生药用植物丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge)为对象，结合单细胞转录组、空间代谢组和生物合成途径关键酶功能的验证，揭示了丹参根周皮形成过程中细胞分化与丹参酮类活性成分积累之间的内在联系。

　　丹参是我国常用大宗药用植物，其根部富含丹参酮类、酚酸类等活性成分。其中，丹参酮类化合物主要积累于根部外层组织，与丹参药材品质密切相关。多年生植物根系在长期生长过程中会经历持续的次生生长，外层保护组织逐渐由早期表皮转变为周皮。周皮不仅是植物抵御外界环境胁迫的重要屏障，也是多种特殊化合物积累的关键部位。然而，在多年生药用植物中，周皮细胞如何形成、其分化过程如何与活性成分合成相联系，一直缺乏细胞分辨率层面的认识。

　　围绕这一问题，研究团队采集了不同发育阶段的丹参根材料，并重点对幼龄根和成熟根开展单细胞转录组分析。同时，研究人员结合空间代谢组技术，对丹参酮类化合物在根组织中的分布进行定位，从而将细胞类型、发育状态和代谢产物积累联系起来。单细胞转录组与空间代谢组的结合，使研究人员能够回答出“哪些细胞具有合成潜力”和“代谢产物最终积累在哪里”这两个关键问题。

　　丹参根周皮特化与丹参酮积累的细胞模型

　　研究团队提出了丹参根周皮特化与丹参酮积累的细胞模型：随着丹参根由幼龄阶段进入成熟阶段，根外层的表皮和皮层细胞脱落，中柱鞘细胞逐步发生分化和重塑，形成具有保护功能的周皮结构;与此同时，周皮相关细胞获得更强的二萜类代谢能力，丹参酮类化合物在成熟根的木栓层细胞区域显著积累。SmCYP76AK5等关键酶则参与其中的丹参酮生物合成过程。

　　该研究将多年生药用植物根部发育与活性成分积累联系起来，把丹参酮生物合成研究从组织水平推进到细胞类型水平。相关结果不仅有助于理解丹参药材品质形成的细胞学基础，也为其他多年生药用植物活性成分的细胞定位、代谢通路解析和种质资源评价提供了参考。

　　本研究由上海辰山植物园、中国科学院分子植物科学卓越创新中心、中国科学院昆明植物研究所、中医科学院中药资源中心、上海交通大学、广东药科大学、中国科学院大学等单位合作完成。上海辰山植物园杨蕾研究员和郝洁研究员为共同通讯作者，博士研究生刘莉成、硕士研究生高连崇、硕士研究生王志颖和博士研究生刘燕为共同第一作者，陈晓亚院士在研究过程中给予了大力支持和帮助。该研究得到了云南省科技厅“顶尖团队”项目、受中央本级重大增减支项目“名贵中药资源可持续利用能力建设项目”、上海市中央引导地方科技创新专项、国家自然科学基金以及上海市绿化和市容管理局科学技术项目等的资助。

　　论文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.71285